高强度船体钢环形拘束焊接接头残余应力的分布

本文采用数值模拟的方法,对船体结构的某一环形拘束焊缝进行焊接残余应力的模拟计算.同时采用压痕式应力测试仪,对实际船体结构进行测试,并与模拟结果相对比验证.结果表明,模拟结果与实测结果测得的焊接残余应力分布规律基本一致,环形拘束焊缝纵向残余应力大于横向残余应力,最大焊接残余应力位于靠近热影响区的直线段焊缝近表面处.     

转向器支座强度的试验测试和仿真分析

客车转向器支座常因焊缝疲劳裂纹而失效,目前还未能直接测得角焊焊缝处的应力分布和大小。该文将试验测试方法和有限元分析相结合,通过对支座在不同工况下测点的实测应力与有限元仿真结果进行对比分析,得出两者之间的误差,由此推算出在最大载荷时支座焊缝处的实际应力分布和大小,其理论误差小于15%。通过优化支座的结构设计,仿真分析结果显示整个支座的最大应力值可降低63%以上,该优化设计方案已经成功地应用到支座的改进设计与生产制造中。     

有机玻璃热压弹性回复实验与建模

首先通过热压缩实验研究热压工艺参数对有机玻璃(PMMA)热压后弹性回复的影响。从实验结果可知,温度和作用时间是影响热压后弹性回复率的重要因素。然后引入广义麦克斯韦方程作为热压应力松弛的控制方程,通过实验结果和模型计算结果对比,由该方程拟合的热压应力松弛曲线和实验测得的曲线具有较高的吻合度。最后由麦克斯韦方程导出弹性回复的数学模型,通过与实验结果对比可知,该数学模型对弹性回复的预测的误差小于10%。     

螺栓节点板抗剪连接的有限元模拟方法研究

为了分析螺栓节点板抗剪连接的受力性能,采用常见的三种有限元方法进行模拟计算,比较不同方法的计算结果、建模难度和计算效率等,并将某简单实例的有限元分析结果与试验结果进行比较,最后给出有限元模拟方法的应用建议。研究表明:接触加预紧力是相对最为合理的一种方法,但该方法建模复杂、计算费时;其次是耦合螺孔节点方法,但该方法会在耦合节点处产生应力和位移的畸变;直接粘接方法的模拟效果最差,主要因为该方法将各块连接板粘接成一个整体参与受力,从而导致连接板处的计算结果偏小。     

基于全场位移测量的鼓膜法表征铝箔力学性能

铝箔的力学性能通常是采用拉伸法来测量,且测量其弹性模量和残余应力的报道也很少见。本文通过利用鼓膜法结合数字散斑相关法(DSCM)对铝箔变形进行了高精度的全场位移测量,根据测得的薄膜压力与中心挠度关系再结合方形膜鼓膜理论模型,测量了厚度为6μm的铝箔的弹性模量和残余应力。实验测得的铝箔的平均弹性模量为65GPa,由粘接过程中引入的残余应力在12~50MPa之间变化。最后根据实验结果对鼓膜实验进行有限元反分析,结果表明,实验结果与有限元模拟结果基本一致。     

簧片阀流量系数的实验研究与数值模拟

在压缩机簧片阀的数值模拟中,簧片阀的流量系数和相应的有效流通面积是须预先知道的关键参数。一般来说,流量系数和有效流通面积是通过实验测得的。但是,当制冷剂在封闭的系统中流动时,很难测得簧片阀的流量系数。本论文提出了一种思路,建立以空气为工质来测量簧片阀流量系数的模型,同时用静态吹风实验来测量空气的流量系数,得到了空气在不同流量和阀片升程下的流量系数。改变工质为R600a后,模拟计算了簧片阀的流量系数,并通过压缩机整机性能实验对流量系数的正确性进行了间接的验证。结果表明:以空气为工质模拟计算的流量系数与实验结果符合较好,这一模型能够用于计算工质为R600a时的流量系数。     

基于时域有限差分法的ESP玻璃的钾离子浓度分布的模拟

由于特殊的交换离子浓度分布,工程应力分布玻璃(ESP玻璃)的强度呈现集中分布的特性。为了预测其钾离子浓度的分布,运用了时域有限差分法对其扩散过程进行数值模拟。该模拟是基于测量的扩散系数、玻璃表面浓度以及第一步交换后的钾离子浓度分布进行的。模拟计算的结果与使用能谱仪测量的实验结果相吻合。基于模拟计算的结果,讨论了ESP玻璃的强度与钾离子浓度分布的关系。     

子弹撞击Hopkinson杆的应力误差分析

针对在Hopkinson杆的中间对称位置放两片应变片测得时间-应力曲线不同的问题,采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件建立子弹撞击小杆的实验模型;通过仿真得到沿着杆轴向不同位置的时间-应力曲线,该曲线的变化趋势和平头弹撞击Hopkinson杆实验数据得到的实测时间-应力曲线变化趋势一致,得出压力变化越快,应变率越大,导致应变快,相应的应力增大快的结论。由于应力波的衰减与弥散,前应变片测得的应力总是大于后应变片。     

基于时域有限差分法的ESP玻璃的钾离子浓度分布的模拟（英文）

由于特殊的交换离子浓度分布,工程应力分布玻璃(ESP玻璃)的强度呈现集中分布的特性。为了预测其钾离子浓度的分布,运用了时域有限差分法对其扩散过程进行数值模拟。该模拟是基于测量的扩散系数、玻璃表面浓度以及第一步交换后的钾离子浓度分布进行的。模拟计算的结果与使用能谱仪测量的实验结果相吻合。基于模拟计算的结果,讨论了ESP玻璃的强度与钾离子浓度分布的关系。     

2D-C/SiC复合材料开孔件拉伸强度有限元计算

对2D-C/SiC复合材料开孔试件最小净截面图像进行观测,获得试件材料内部宏观孔洞的分布形态及密度分布梯度。通过对2D-C/SiC复合材料拉伸应力-应变行为进行非线性拟合,并利用理论模型计算与实验验证相结合的方法得到了材料密度与其拉伸模量和强度的关系,描述了不同密度2D-C/SiC复合材料的拉伸应力-应变行为。在此基础上,将制备工艺造成的试件材料密度分布的非均匀性和材料拉伸应力-应变行为的非线性引入到有限元模型中,进行开孔试件拉伸剩余强度模拟计算,预测结果与实验结果吻合较好。     

复合材料“T”形长桁压缩性能研究

压缩性能是飞机中央翼用“T”长桁上壁板的重要指标。为验证有限元分析方法模拟“T”形长桁压缩破坏过程的合理性,本文选取单根“T”形长桁作为试验件,并根据铺层和尺寸的不同将试验件分为4种。运用工程算法计算了长桁的局部屈曲载荷、压损载荷；用有限元算法计算了长桁的屈曲载荷、压损载荷；通过试验获得长桁的局部屈曲载荷、屈曲载荷和压损载荷。比较分析上述3种方式得到的结果,可以发现:工程计算结果与试验结果误差偏大,误差达到8%~50%,且全部偏于保守；有限元计算结果与试验结果较接近,误差在10%以内；利用有限元模拟试验件的压缩破坏过程得到的载荷-位移曲线与试验结果比较一致。研究结果表明,有限元计算分析方法可实际工程应用,为设计人员提供设计依据。     

空气垫静态缓冲性能的数值模拟

目的采用有限元数值模拟方法研究空气垫在静态压缩时的力学性能,以便更直观、系统地了解空气垫的静态压缩力学行为。方法以柱状空气垫为对象,建立空气垫的静态压缩物理模型和力学模型,并基于该有限元模型模拟该结构的静态压缩过程,分析结构尺寸和充气压力对其静态缓冲性能的影响,得到空气垫在不同压缩量下的应力分布规律和变形特点。同时,将试验结果与模拟结果进行对比。结果空气垫的变形是从接触钢板的地方开始的,上下位置同时被压缩,有限元分析结果与试验结果吻合良好。结论所建立的有限元模型和数值模拟方法结果准确、合理。     

试论镁铝合金高应变率单轴压缩拟合本构关系的代入校核

从实验与数值模拟的结合上,确定与考察了镁铝合金在一维应力高应变率压缩状态下的本构关系。把由一维准静态及动态压缩试验结果所拟合的经验性本构关系代入镁铝合金的SHPB试验的全过程数值模拟,可再现实验测得的反射波波形及透射波波形。数值模拟也表明,采用SHPB试验经典分析所估算的应力、应变、应变率与试件典型微元在试验过程中所经受的应力应变、应变率也基本一致,然而,应变率并非常值。     

Finite element modelling of two phase Fe–Cu polycrystals

The plastic deformation of two-phase iron–copper polycrystals was studied experimentally and modelled by a FEM model calculation, taking into account anisotropic elasticity and crystal plasticity. The two-phase materials in experiment had microstructures ranging between interpenetrating network and matrix/inclusion type and were deformed by compression at room temperature. The measured quantities (macroscopic stress and strain, elastic strains and texture) were compared with the results from the FEM model calculation. The stress vs. strain dependence as obtained from the FEM-model appears to be in good accordance with experimental results. Good predictions of the texture evolution were found in cases only, where local micromechanical interactions are not too much influenced by the heterogeneity of the microstructure. The implications of these results for the development and use of FEM schemes for modelling heterogeneous polycrystal plasticity are discussed.     

Analysis of laminated crack defect in the upsetting process of heavy disk-shaped forgings

Using nonlinear finite element method, a thermo-mechanical coupled simulation model for the formation mechanism of the laminated crack defect has been established in the upsetting of heavy disk-shaped forgings. Through numerical simulation, the distributions of stress, equivalent strain and strain rate were analysed. Meanwhile the distribution diagram of stress state evolution was obtained, and the uncoordinated deformation, under tri-lateral compression, is determined as the main reason leading to laminated crack defect. To reveal the characteristics of the uncoordinated deformation, the variations of each variable and its gradient in numerical simulation were presented, and a combined prediction model of laminated crack defect were proposed based on degree of deformation and gradient of deformation speed. Subsequently, the morphology and distribution of laminated crack were obtained in the centre of forging using the prediction model. Comparison of calculation results and experimental data indicates that both of them match well. In addition, the effect of friction coefficient on the deformation is also presented. The results show that the decreasing of friction coefficient is an effective measure to restrain the laminated crack defect.     

U肋加劲板焊接残余应力的一种简化计算方法

基于焊接残余应力数值模拟方法, 分析了U 肋加劲板各组成板件的板宽、板厚对焊接残余应力分布的影响, 揭示了U 肋与母板残余应力合力的分配规律, 提出了针对不同构造尺寸的U 肋加劲板焊接残余应力分布简化计算方法。研究结果表明:各组成板件的板宽变化对焊接残余拉应力的分布影响较小, 但对焊接残余压应力的大小影响较大;U 肋与母板的板厚比对U 肋与母板残余应力的分配比例影响较大。U 肋加劲板受压承载力计算时, 焊接残余应力分布可以采用简化方法计算, 其结果与根据数值模拟得到的焊接残余应力分布计算的结果基本一致。     

Stress intensity factor for a cracked specimen under compression

For a cracked specimen under compression, a set of complex stress functions is proposed and by using the boundary collocation method, the unknown coefficients of these complex stress functions are determined. Based on the calculation results of the boundary collocation method, the formulas of the stress intensity factor for a cracked specimen under compression are obtained, and by using these formulas, the influence of confining stress on stress intensity factor is analyzed.     

Q345 中厚板 V 形折弯应力 应变分析

目的研究Q345中厚板在V形折弯时的应力应变中性层内移规律。方法通过对中厚板135°折弯过程进行数值模拟,分析了板料在成形过程中的等效应力应变及其中性层内移现象,测得了应变中性层与几何中间层之间的距离变化。在此基础上,采用厚度为16 mm的Q345板料进行物理实验,并与模拟结果进行了对比分析。结果在成形过程中,等效应力应变中性层均产生了内移现象,且应力中性层的内移量明显大于应变中性层的内移量;成形结束之后,应变中性层与几何中间层的距离为3.3 mm;实验结果显示,应变中性层的内移量为3.1 mm左右,与模拟值较为一致。结论数值模拟方法可以为应力应变中性层计算提供指导。对于中厚板折弯,采用几何中间层展开求得的坯料尺寸并不准确。     

卷钢座架强度的理论计算与试验结果的对比

目的研究铁路货物装载加固座架的强度估算方法。方法进行了卷钢座架的静态和冲击动强度试验,测量了静态和冲击过程中座架危险截面的应力。同时,依据《铁路货物装载加固规则》的有关规定,计算了卷钢座架所受的作用力,利用有限元方法计算了在此力作用下座架的强度,对比了卷钢座架静态和冲击试验测量的应力和理论计算的应力。结果试验值与理论计算值的误差约为10%,理论计算的应力值具有较高的精度。结论在缺乏试验条件的场合下,可以用理论的方法来估算座架的强度。     

Q345GJ钢(中)厚板H形及箱形柱残余应力与轴压稳定承载力分析

采用条形切割法对三种截面规格的Q345GJ钢焊接H形和箱形截面残余应力进行测试,通过MATLAB拟合得到其简化的多折线分布模式,并与规范所取残余应力分布模式对比。对9根焊接H形和3根焊接箱形（中）厚板足尺构件进行轴压试验,获得构件整体稳定承载力。引入实测残余应力,通过ABAQUS进行Q345GJ钢轴压柱有限元分析,并与试验结果、规范计算结果进行对比,同时开展参数化分析获得轴压构件稳定曲线。试验及分析结果表明:Q345GJ钢H形和箱形截面采用多折线简化分布模式更符合残余应力实测结果;Q345GJ钢（中）厚板H形截面翼缘采用不分层或考虑分层的残余应力简化模式,对于构件绕弱轴稳定承载力影响不大;Q345GJ钢H形截面实测残余应力分布模式在翼缘自由端处与规范有较大区别,构件在正则化长细比为0.4~1.1区段的稳定承载力有下降趋势。